Entwicklung eines Demonstrators für eine dezentrale MSR-Technik auf der Basis von IoT, mit einer wissenschaftlichen Begleitung und Potentialanalyse
Die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR) in Gebäuden stellt im Zusammenspiel mit dem Gebäude und der Gebäudetechnik eine wesentliche Stellschraube hinsichtlich Nutzerkomfort und Energieeffizienz dar. Dabei funktioniert sie bisher zentral, auf Basis von übergeordneten Parametern im Sinne einer Top-Down-Regelung, was in Bezug auf die Interaktion mit dem Nutzer oft unbefriedigend ist. Zugleich belegen aktuelle Studien das enorme Energieeinsparpotenzial beim Gebäude- und Anlagenbetrieb durch eine optimierte, den bestehenden Nutzeranforderungen individuell angepasste Regelung.
Die Hypothese des vorliegenden Forschungsvorhabens ist dementsprechend, dass dieses Einsparpotenzial durch eine dezentrale MSR im Sinne einer direkten und dezentralen Vernetzung der gebäudetechnischen Komponenten mit dem Nutzer erschlossen werden kann und zugleich die Nutzerzufriedenheit verbessert wird.
Die klassische, zentrale Regelung der Gebäudetechnik erfolgt meist relativ nutzerunspezifisch aus Basis von übergeordneten Parametern. Diese konventionelle, auf eher unflexiblen Regeln ("if ... then") aufbauende Regelung erweist sich erfahrungsgemäß zwar oft als komplex, ist aber dennoch unflexibel und meist nicht in der Lage, auf unterschiedliche, in einem Gebäude gegebene Anforderungen zu reagieren und damit verbundene mögliche Energieeinsparpotenziale auszuschöpfen.
Der neue und innovative Ansatz des Forschungsvorhabens liegt in der Bottom-Up-Betrachtung der Gebäuderegelung als Alternative zum gängigen Top-Down-Konzept. Dabei wird angestrebt, durch die ständige Vernetzung von lokalen Echtzeitinformationen aus Sensoren und Aktoren mittels neuartigen, dezentral basierten Regelprinzipien und durch die Einbindung verschiedener Nutzerprofile eine Regelung zu konzipieren, die dynamisch und lokal flexibel reagieren kann. Ziel ist eine substanzielle Verbesserung der Nutzerzufriedenheit und eine Reduktion des Energieverbrauchs für den Gebäudebetrieb.
Eine wichtige Grundlage für die Durchführung des Forschungsvorhabens bilden die Prinzipien des „Internet of Things“ (IoT). So sollen die einzelnen MSR-Sensoren und -Aktoren von TGA, Fassade, Sonnenschutz etc. über eine direkte Vernetzung (Internet) dynamisch mit dem Nutzer des Gebäudes verknüpft werden. Das Ziel besteht darin, auf konzeptioneller Ebene zu untersuchen, wie und in wie weit eine solche dezentrale Regelung technisch realisierbar ist und welches Verbesserungspotential sie mit sich bringen kann. Dabei stellt sich auch die Frage, ob es sogar möglich ist, vollständig auf zentrale logische Einheiten zu verzichten und wie in diesem Fall zentrale Versorgungseinrichtungen angesteuert und geregelt werden könnten. Auch das Konzept für ein geeignetes Nutzer-Interface soll erarbeitet werden.
Als Industriepartner stellt die Robert Bosch GmbH für die Durchführung des Projekts ein Demonstrator-Gebäude zur Verfügung, anhand dessen exemplarisch ein Konzept für die beschriebene dezentrale MSR entwickelt und untersucht werden kann. Unter anderem können dabei folgende konkrete Maßnahmen im Hinblick auf ihre Einbindung in eine dezentrale MSR untersucht werden: Manipulation des Luftvolumenstroms durch Ansteuerung von Stellantrieben, Ansteuerung einzelner Radiatoren über Funk-Thermostatventile sowie Steuerung des Sonnenschutzes. Auf Basis thermischer Simulationen unter Einbeziehung dezentraler Regelstrategien werden zusätzlich weitere Komponenten bzw. Szenarien hinsichtlich möglicher Nutzer-Interaktionen und möglicher Fehler in der MSR getestet.